Способ автоматического управления процессами электроосаждения

) С 25 Р 21/12 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ИСАНИЕ НИЯ"Й 4- .,у ФЛР ТЕЛЬСТВ ВТОР УС О/22-02 тонов М.А. х покры 1972,во СССР 1977.ское свидетель л. С 25 О 21/1 ЕСКОГО РООСАЖ 54)(57) 1.СПОСОБ АВТОМАТ ПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ЭЛЕ гСОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН 83. Бюл. 9 38ексеев; П.Т.Хаи А.И.Кузнецо7,14(088.8)нер Я.В., ЦасоэлектрохимичесМашиностроение ДЕНИЯ, включающий у цессом электроосажд катод с помощью изме гулирующего ток уст л и ч а ю щ и й с я целью повышения кач производительности руют профиль катода ки подвески в гальв путем измерения рас верхности катода с бесконтактных измер определяют оптималь тока по его поверхн ют ток. равление прония покрытия на ительного и реойства, о т тем, что, с . ства покрытий и роцесса, сканиво время загрузническую ванну тояний до поомощью линейки телей расстояния ое распределение сти и регулиру1048005 2, Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что определение оптимального распределения тока по поверхности катода осуществляют по формуле-егде Э - ток гальванической ванны3на участке:-й анодрасстояние 8 -участоккатода ( 1,);51 3полный ток гальваническойванны;И - количество анодов (катодов) гальванической ванны," Изобретение относится к электрохимии и может быть использовано приавтоматическом управлении процессаминанесения покрытий в гальваническихваннах. 5Известен способ управления нанесением покрытий, включающий применение дополнительных анодов, при-мерно повторяющих форму покрываемыхизделий ( 1. 1 ОНедостатком этого способа является трудность его автоматизации,особенно при многономенклатурноммелкосерийном производстве, таккак количество различных типов деталей может достигать десятки тысяч,что влечет необходимость наличия иустановки такого же количества дополнительных анодов,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигае-мому результату является способ автоматического управления процессамиэлектроосаждения, включающий управление процессами с помощью регулирующего устройства на основанииинформации, поступающей от измерительного устройства 2(.Однако известный способ характеризуется тем, что плотность тока, измеряемая электродами, передающими ЗОпоказания измерительному устройству,может далеко не соответствоватьсредней плотности тока на покрываемых деталях, причем при одной и тойже загрузке показания датчиков могут отличаться на 200-300 в зависимости от их размещения в ванне. Этоприводит к ухудшению качества покрытий и к необходимости калибровки датчиков и измерительного уст Оройства, Кроме того, подвески сдеталями желательно конструировать расстояние до поверхностиучастка катода (анода), из-меренное-м бесконтактнымизмерителем расстояния;- 1количество бесконтактныхизмерителей расстояния влинейке;К - коэффициент пропорциональности, А см;О - напряжение гальваническойванны;удельная электропроводность электролита;площадь вертикального сечения электролита. так, чтобы их габариты и суммарнаяпокрываемая поверхность были одинаковы, что также является недостатком известного способа, особенно примногономенклатурном производстве.При этом информация, на основании которой регулирующее устройствоуправляет процессом осаждения, поступает от датчиков после загрузкикатода (покрываемых деталей) в гальваническую ванну, что приводит кснижению производительности всехустройств, реализующих этот способ.Целью изобретения является повышение качества покрытий и производи".тельности процесса,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу автоматического управления процессами элект.роосаждения, включающему управлениепроцессом электроосаждения покрытияна катод с помощью измерительногои регулирующего ток устройства, сканируют профиль катода во время загрузки подвески в гальваническуюванну путем измерения расстоянийдо поверхности катода с помощью линейки бесконтактных измерителей расстояния, определяют оптимальное распределение тока по его поверхностии регулируют ток.Причем определение оптимальногораспределения тока по поверхностикатода осуществляют по формулеЭ =К1где 3 - ток гальванической ваннына участке: )-й анодрасстоянгр-участоккатода(Р=ХЭ ),43 - полный ток гальваническойванны;1048005 е,10 К=ОХИ количество анодов (катодов) гальванической ванны; расстояние -до поверхности участка катода (анода), измеренное (-м бесконтакт" ным измерителем расстоянияфколичество бесконтактных измерителей расстояния в линейке;коэффициент пропорциональности, А см; О - напряжение гальваническойванны;удельная электропроводность электролита;5 - площадь вертикального сечения электролита.На фиг,1 представлена функциональная схема установки для реализации предлагаемого способа, вариант на фиг.2 - алгоритм Функционирования установки, реализующей предлагаемый способ.Установка, реализующая предлагаемый способ, содержит гальваническую ванну 1, катод (подвеску с деталями) 2, бесконтактные измерители расстояния 3 (в данном случае ультразвуко. вые), измерительное устройство 4, устройство 5 регулирования режима электроосаждения, содержащее блок б поиска оптимального режима управления, программируемый коммутатор 7 и устройство 8 управления перемещением анодов, аноды 9 в виде изолиро" ванных между собой секцийрасположенных в ячейках 10, источник пи-. тания 11. Алгоритм Функционирования установки следующий.В начале процесса вводят алгоритм поиска оптимального режима в блок б. В процессе загрузки подвески с деталями в гальваническую ванну с помощью ультразвуковых измерителей расстояния сканируют профиль деталей, подлежащих электрохимической обработке. Вычисляютзначения расстояний до профиля деталей, зафиксированные ультразвуковыми изме" рителями. Информацию о вычислении используют для поиска оптимального режима электроосаждения на основании формулы где ) - ток гальванической ваннына участке: -й анод -расстояние 6 -участок ка") Э -полный ток гальванической ванны; количество анодов (катодов)гальванической ванны;расстояние до поверхностиучастка катода (анода), измеренное-м бесконтактнымизмерителем расстояния;1рколичество бесконтактныхизмерителей расстояния влинейке;коэффициент пропорциональности, А см;к=ихв .0 - напряжение гальванической 15 ванны;удельная электропроводностьэлектролита;площадь вертикального сечения электролита.На основании найденного, в ре зультате вычислений, оптимальногорежима электроосаждения управляютперемещением дополнительных анодов.Затем осуществляют включение источника питания и ведут процесс покры тия.Установка, реализующая предлагаемый способ, работает следующим образом.Сигналы с ультразвуковых изме рителей расстояния 3, поступающиеперед (или в процессе)-. загрузкойкатода 2 в ванну 1 и несущие информа.цию о профиле поверхности катода,поступают в измерительное устройЗ 5 ство 4, в котором происходит вычисление значений расстояний до профиля катода 2. Вычисленные значениязаписываются в блок б поиска оптималь"ного режима управления, который сог 40 ласно заложенному в него алгоритму,определяет оптимальные расстояниякаждой секции всех горизонтальных рядов анода 9 от поверхности катода покритерию максимальной равномерности распределения тока и осадка на 45 катоде. Сигналы с выхода блока бпоиска оптимального режима управления поступают на программируемыйкоммутатор 7, который подключаетсоответствующие механизмы устрой ства 8 управления перемещением секций анода 9 внутри ячеек 10 и магистрали. сжатого воздуха, в ре-зультате чего секции анода 9 занимают положения, соответствующие опти мальным расстояниям каждой секциивсех горизонтальных рядов анода 9от поверхности катода 2, рассчитанныеблоком б поиска оптимального режимауправления, после чего включаетсяисточник питания 1) и ведется процесс покрытия. Предлагаемый способ по сравнениюс прототипом позволяет повысить ка- .чество управления процессом электро осаждения за счет устранения экрани.1048005 10 НИИПИ Заказ 7872/ ираж 643 Подписно ПП "Патент",д,ул,Проектная,4 Фили г.Уж рования поверхности катода датчиками плотности тока, что приводит кнарушению истинной картины распределения плотности тока на катоде и,в конечном счете, к ухудшению гальванического покрытия.За счет того, что информация опрофиле катода используется, например, при управлении перемещениемдополнительных анодов, перед (илив процессе) его загрузкой в гальваническую ванну, предлагаемый способимеет большую, нежели прототип,производительность.Реализация предлагаемого способане встречает принципиальных затруднений,Акустическая система, включающая датчики измерения расстояния иизмерительное устройство и предназначенная для измерения профиля ка Отода, может быть вполне реализуема.;например, на следующих элементах ипериферийных устройствах унифицированной системы ФАЛОМА, "ультразвуковой датчик, турбулентный усилитель 25и пневмоэлектрический преобразователь, Кроме того, в систему, сканиРующую профиль катода, включенывспомогательные устройства: усилители, манометры и др. 30Устройство упРавления может бытьреализовано на базе мини-или микроЭВМ (например Электроника,ф 1 Электроника-НЦ-ОЗД), оснащенных необходимыми модулями ввода-вывода информации.3 В качестве источника технологического тока может быть использован стандартный выпрямительный агрегат типа (ТЕР,ТВИ) с автоматическим ре гулятором тока и напряжения ванны. Предлагаемый способ предназначен преимущественно для примененияна автоматических линиях, а такжепри покрытиях драгоценными металлами, так как при улучшении равномерности толщины покрытия приводит куменьшению максимальной локальнойтолщины и, в конечном счете, к экономии драгметаллов.В качестве анода может быть ис-.пользован секционный анод, а управление режимом электроосаждения может вестись иэменейием значений токовили их длительности в каждой егосекции.Кроме тоГо, можно использоватьэкраны иэ диэлектрика, расположенные между катодом и цельным анодом свозможностью их перемещения относительно друг друга.Однако общим условием для всехуправляющих воздействий является то,что управление процессом электроосаждения ведется на основании информации о расстояниях от анода допрофиля поверхности катода, измеренной бесконтактными измерителямирасстояния перед загрузкой катода вгальваническую ванну.Использование предлагаемого способа на автоматических линиях гальванопокрытий позволит исключить извсех ванн покрытия датчики плотности тока, показания которых не соот.ветствуют истинному распределениюметалла на катоде, повысит эксплуатационные характеристики линий, ис"ключив необходимость обслуживанияэтих датчиков, размещенных. в агрессивной среде электролита и, в конечном счете, повысит качество покрытий и производительность процесса,